1.1 Свет как электромагнитные волны. Геометрическая оптика

1. Волновое уравнение для электромагнитного поля. u=1/√ε₀εμ₀μ=c/√με ,где константа c=1/ √μ₀ε₀ оказывается равной скорости света в вакууме. Этим результатом Дж. К. Максвелл теоретически показал, что свет – это электромагнитная волна, еще до экспериментального подтверждения своей теории. Знаменатель √με в формуле для фазовой скорости описывает замедление волны в диэлектрической среде по сравнению со случаем волны в вакууме.

2. Свойства электромагнитных волн. 1)поглощение, 2)рассеяние, 3)преломление, 4)отражение , 5)интерференция , 6)дифракция, 7)поляризация.

3. Вектор Умова-Пойнтинга. S=[EH]- вектор плотности потока э/маг энергии (вектора электрического и магнитного полей )

4. Каков диапазон длин волн видимого света? диапазон длин волн видимого света от 380 до 760 нанометров.

5. В чем заключается физический смысл показателя преломления? относительный показатель преломления показывает,  как меняется скорость света при переходе из одной среды в другую. абсолютный показатель преломления среды равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде.

6. Как связаны абсолютный и относительный показатели преломления? Абсолютным показателем преломления среды называется величина n, равная отношению скорости c электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости v в среде: n= c/ v=√εμ, где ε,μ- относительная диэлектрическая и магнитная проницаемости среды. Относительным показателем преломления двух сред (второй среды по отношению к первой) называется величина n₂₁, равная отношению показателей преломления этих сред: =/

7. Сформулируйте законы отражения света. Падающий и отраженные лучи лежат в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленный в точке падения луча (альфа=бетта)

8. Сформулируйте законы преломления света. Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленный в точке падения. (син альфа/син бета = N-абс показ прелом)

9. В чем заключается явление полного внутреннего отражения света? внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. К тому же, коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны. Условие полного внутр отраж минус альфа = n2/n1

10. В каком случае возможно полное внутреннее отражение света? Если =/<1, то угол преломления больше угла падения:sin r=sin i/ и r>i. Если i>=i_пр , то интенсивности отраженной и падающей волн одинаковы, т.е. волна полностью отражается от поверхности раздела сред. Это явление называется полным внутренним отражением.

i – угол падения, r – угол преломления

11. Запишите условие для предельного угла полного внутреннего отражения света. Предельный угол (α_пр) определяется из условия, что при полном внутреннем отражении угол преломления β становится равным 90° , то есть из синус а/sin β = n₂₁ при β = 90, получаем sin α_пр = n₂₁ = n₂/n₁, причем n₁>n₂. Если одна из сред является воздухом (что часто бывает на практике), то выражение для предельного угла, при котором свет не выходит из среды в воздух, принимает вид:sina_пр =1/n, здесь n — абсолютный показатель преломления среды.

12. Может ли произойти полное отражение света при переходе светового луча из воды в стекло? Явление полного отражения используется в призмах полного отражения. Показатель преломления стекла равен н=1,5, поэтому предельный угол для границы стекло-воздух равен i_пр = arcsin (1-1.5)=41^о49'. Поэтому при падении света на границу стекло-воздух при i > 42 всегда будет иметь место полное отражение.

13. Какое явление лежит в основе оптоволоконной связи? Однако полное внутреннее отражение лежит в основе оптоволоконной связи. Свет, поступая с одного конца в тончайшее стекловолокно под очень большим углом, в дальнейшем вынужден распространяться вдоль этого волокна, не покидая его пределов, раз за разом отражаясь от его стенок, поскольку угол его падения не достаточен, чтобы вырваться за его пределы, благодаря чему на противоположном конце выход оптического сигнала практически не теряет в интенсивности.

14. Что называют рефракцией? Преломле́ние (рефра́кция) — явление изменения пути следования светового луча (или других волн), возникающее на границе раздела двух прозрачных (проницаемых для этих волн) сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами. Преломление свойственно для многих видов излучения различной природы, например, электромагнитных и звуковых волн.

15. Если абсолютный показатель преломления среды равен 1,5, то чему равна скорость света в этой среде? n= c/ v 2*10⁸

16. Что называется оптической и геометрической длиной пути, как они связаны между собой? Оптической длиной пути в однородной среде называется произведение расстояния, пройденного светом в среде с показателем преломления n, на показатель преломления: l = nS Для неоднородной среды необходимо разбить геометрическую длину на столь малые промежутки, что можно было бы считать на этом промежутке показатель преломления постоянным: dl = nds Вся оптическая длина пути находится интегрированием:

геом длина пути –расстояние между нач и конеч точками распр волны

17. Какой раздел оптики занимается вопросами измерения интенсивности света и его источников? Фотометрия

18. Что такое освещенность и яркость? Запишите их световые и энергетические единицы измерения. Освещённость — физическая величина, равная отношению светового потока Ф, падающего на поверхность, к площади S этой поверхности

E= Ф/S Единицей измерения освещенности в системе СИ служит люкс (1 люкс = 1 люмену на квадратный метр), в СГС — фот (один фот равен 10000 люксов). Освещенность Е Единица измерения: люкс [лк]. Освещенность Е отражает соотношение падающего светового потока к освещаемой площади. Освещенность равна 1 лк, если световой поток 1 лм равномерно распределяется по площади 1м²

Яркость – величина, равная отношению силы света I в этом направлении к площади S проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярному данному направлению В=I/(S cos фи) Яркость L Единица измерения: кандела на квадратный метр [кд/м²]. Яркость света L источника света или освещаемой площади является главным фактором для уровня светового ощущения глаза человека.

19. Сформулируйте и запишите закон Ламберта. Физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.Ламберта закон, закон, согласно которому яркость L рассеивающей свет (диффузной) поверхности одинакова во всех направлениях. Сформулирован в 1760.